澤仁措 佟妍

摘 ?要：以貴州省銅仁市德江縣儺戲面具為研究對(duì)象，利用三維激光掃描技術(shù)，采集儺戲面具三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)模型進(jìn)行點(diǎn)云去噪、修復(fù)等處理，獲取儺戲面具完整清晰的三維原始數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了160面德江儺面具的數(shù)字化保存。結(jié)合3D打印技術(shù)，對(duì)儺戲面具進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)，將具有歷史文化價(jià)值的儺戲人物面具進(jìn)行了實(shí)體復(fù)制，為儺面具文物的重現(xiàn)提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：儺戲面具 ?三維激光掃描 ?3D打印 ?逆向設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TH16 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2019）06（c）-0012-02

貴州德江儺面具比較集中、系統(tǒng)、完整地保存了儺堂戲這一特殊的古老文化，其造型簡(jiǎn)練、古樸，呈現(xiàn)出獨(dú)特的原生態(tài)藝術(shù)氣息，是千百年來(lái)民間藝術(shù)智慧的結(jié)晶，形成了德江儺藝術(shù)和獨(dú)特的民族文化[1]。然而，如今因?yàn)榧夹g(shù)人員的年老、社會(huì)的科技化、技藝傳承斷層、手工技藝生產(chǎn)率低下等因素使得儺文化的保護(hù)傳承受到制約;同時(shí)大眾接受難、內(nèi)容缺乏創(chuàng)新、宣傳渠道有限等因素也影響了儺文化的挖掘和傳播。利用現(xiàn)代化的三維激光掃描技術(shù)對(duì)儺戲文化進(jìn)行數(shù)字化保護(hù)，能夠長(zhǎng)久地存儲(chǔ)民間藝術(shù)品信息，避免人為因素或自然因素對(duì)少數(shù)民族民間藝術(shù)品的毀壞。3D打印技術(shù)記錄還原了保護(hù)儺戲面具藝術(shù)并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)發(fā)展，以科學(xué)的路線對(duì)其進(jìn)行保護(hù)和發(fā)揚(yáng)，讓優(yōu)秀的民間文化得以傳承保留，蘊(yùn)含著重要的歷史意義。

1 ?采集數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)采集的方式各式各樣，該項(xiàng)目采用三維數(shù)據(jù)采集方式。三維數(shù)據(jù)可以將面具模型更直觀、比例更準(zhǔn)確的還原[2]。通過(guò)捕捉照射在儺戲面具的激光線來(lái)偵測(cè)并分析儺戲面具的空間外形與結(jié)構(gòu)，獲得儺戲面具幾何表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。用這些點(diǎn)云構(gòu)成數(shù)字化儺戲面具的表面形狀，重構(gòu)采樣點(diǎn)三維坐標(biāo)還原被掃描模型。獲得點(diǎn)云的密集程度與掃描儀的精度緊密相連，提高儀器密度可以創(chuàng)建更加精準(zhǔn)的數(shù)字化儺戲面具。

2 ?數(shù)據(jù)處理

在數(shù)據(jù)采集中，面具自身的破損和激光掃描儀的精度會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大誤差，就像點(diǎn)云數(shù)據(jù)里如果包含噪聲，重構(gòu)模型的曲面就會(huì)失去真實(shí)性，為了進(jìn)一步提高真實(shí)性，我們需要對(duì)采集到的原始數(shù)據(jù)做簡(jiǎn)單處理，數(shù)據(jù)處理是做逆向設(shè)計(jì)最為關(guān)鍵的一步，它的結(jié)果會(huì)直接影響到后續(xù)對(duì)模型重構(gòu)部分的質(zhì)量，同時(shí)也影響到其本身的觀賞價(jià)值，所以需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行修復(fù)和填充。

主要有以下步驟：

（1）誤差處理。載入儺戲面具的點(diǎn)云數(shù)據(jù)后可以通過(guò)網(wǎng)格醫(yī)生命令按鈕進(jìn)行診斷和修復(fù)和診斷。網(wǎng)格醫(yī)生可檢測(cè)到尖狀物、高度折射邊、自相交等干擾點(diǎn)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)標(biāo)記錯(cuò)誤點(diǎn)，我們可以通過(guò)提示自動(dòng)或手動(dòng)刪除釘狀物，這樣面具表面達(dá)到初步修復(fù)。其次是手動(dòng)刪除掃描數(shù)據(jù)中的無(wú)關(guān)點(diǎn)，由于面具表面光線的散射，測(cè)量環(huán)境的突然變化及測(cè)量設(shè)備分辨率等因素的影響，在面具邊角、凹邊等部位的測(cè)量結(jié)果容易產(chǎn)生較大的誤差，故如若遇此情況可以把點(diǎn)云局部放大，然后旋轉(zhuǎn)把與點(diǎn)云數(shù)據(jù)產(chǎn)生偏差的點(diǎn)刪除。

（2）數(shù)據(jù)平滑處理。在不改變曲率并保持面具邊界不變的情況下對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)化，從而降低三角形的數(shù)目。用平面進(jìn)行裁剪，3個(gè)點(diǎn)確定一個(gè)平面，在需要裁剪的平面上確定3個(gè)點(diǎn)，對(duì)齊這3個(gè)點(diǎn)所在的平面，操作界面點(diǎn)擊平面界面，選中刪除[3]，同時(shí)消除噪聲影響。不斷重復(fù)該操作直到無(wú)關(guān)平面清除成功。于是得到了較為完整的儺戲面具的數(shù)據(jù)。

（3）精簡(jiǎn)處理。在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理后，通過(guò)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行建模處理。如果三角形數(shù)量太多，可能會(huì)造成操作卡頓，并且影響設(shè)備的儲(chǔ)存空間，在操作過(guò)程中并非所有的數(shù)據(jù)都是有效數(shù)據(jù)，故只要能保證有效數(shù)據(jù)足夠多就可以對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行精簡(jiǎn)處理。

（4）給模型添加支撐。此時(shí)已有較完整的模型數(shù)據(jù)，但是不能保證在后續(xù)的3D打印過(guò)程中不受損，安全起見(jiàn)，我們給已有模型添加支撐進(jìn)行保護(hù)。首先是自動(dòng)放置，此步驟中零件的擺放是為了便于后續(xù)操作。其次是自動(dòng)修復(fù)，選擇“支柱生成”用軟件的自動(dòng)修復(fù)功進(jìn)行修復(fù).STL文件。然后自動(dòng)生成支撐，利用Magics自動(dòng)生成支撐。支撐形狀有圓形和長(zhǎng)方形兩種，在模型需要加支撐的位置點(diǎn)擊一下，拖動(dòng)則會(huì)出現(xiàn)支撐模型，以白色柱狀標(biāo)示。再在底面點(diǎn)擊一下，則支撐添加初步完成。

而后是手動(dòng)修改支撐，有些自動(dòng)生成的有欠缺，需要手動(dòng)修復(fù)。在自動(dòng)生成支撐后，對(duì)零件上所有的支撐進(jìn)行修改，把所有支撐變?yōu)樽詈线m的支撐，合理安排和利用每一個(gè)支撐及其支撐類型。修復(fù)完整輪廓的支撐面，最后刪除不必要的支撐。

3 ?實(shí)施打印

3D打印憑借成熟的技藝和強(qiáng)大的推廣度，在我們的生活中已經(jīng)用得越來(lái)越廣泛，在文物發(fā)掘與保護(hù)方面也有推行。我們利用3D打印的先進(jìn)技術(shù)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集還原文物原有的外觀特點(diǎn)，最大程度上實(shí)現(xiàn)了實(shí)體物的真實(shí)性。這也在一定程度上能解決了許多民間文物隨著年代久遠(yuǎn)而流逝的問(wèn)題。

3D打印利用激光固化技術(shù)可以制造出實(shí)體的樹(shù)脂模型，它利用光束，根據(jù)三維模型固化光敏樹(shù)脂表面掃描出的模型截面圖案一次疊加固化成體來(lái)獲取實(shí)體模型[3]。其過(guò)程是從點(diǎn)的移動(dòng)疊加，到線的移動(dòng)疊加，通過(guò)一層一層疊加的方式得到三維立體的模型，每一層的打印針頭釋放液體的劑量很少，1cm的厚度高度大概需要2.5h的時(shí)間。在打印過(guò)程中盡可能地不受任何外力的干擾，如果受到其他因素干擾而造成打印間斷的話，不僅會(huì)影響到最終的打印成品效果，也會(huì)造成樹(shù)脂的浪費(fèi)[4]。

首先把模型切片導(dǎo)入3D打印機(jī)里，再觀察設(shè)備內(nèi)液體的高度，判斷是否需要加樹(shù)脂，如果需要，將機(jī)器調(diào)至進(jìn)入準(zhǔn)備加樹(shù)脂狀態(tài)，在加樹(shù)脂時(shí)，把液體慢慢地倒進(jìn)樹(shù)脂槽里，然后觀察液體的位置，通常情況下其范圍在1.5～5.5之間為正常取值。如果液體超過(guò)正常范圍系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警提示。開(kāi)啟激光器，預(yù)熱10min，打開(kāi)Zero軟件加載預(yù)處理得到的slc切片數(shù)據(jù)，之前預(yù)處理得到的兩個(gè).SLC文件，拷貝至3D打印機(jī)的控制計(jì)算機(jī)內(nèi)，運(yùn)行在編輯窗口設(shè)定打印模型的位置，一般放置于工作臺(tái)中央位置，機(jī)器開(kāi)始自動(dòng)打印，等待制作完成，取出打印完成的模型，清除網(wǎng)板上的的殘?jiān)?，關(guān)閉控制激光、加熱功能，關(guān)閉電源。

打印機(jī)完成打印工作后還需要進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的處理。首先準(zhǔn)備膠手套、模型托盤(pán)、鏟刀以及清洗模型的無(wú)水酒精和軟毛刷。先用鏟刀把模型從打印平臺(tái)上鏟斷，而后用膠手套取出模型放到事先準(zhǔn)備好的托盤(pán)上，處理模型上殘留的支撐雜質(zhì)和樹(shù)脂。最后一步是清洗模型環(huán)節(jié)，把模型放在無(wú)水酒精中浸泡3～5min，一直到支撐變軟能用小鏟刀去除支撐，去除支撐時(shí)注意不要破壞模型結(jié)構(gòu)，然后用軟毛刷子洗刷洗模型表面，直至面具模型表面清理干凈。

4 ?結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目將德江縣儺文化與三維激光掃描技術(shù)、3D打印技術(shù)結(jié)合起來(lái)，讓更多的人理解德江儺文化淵源流傳下來(lái)的美感，成為德江儺文化的承載者和傳播者。這體現(xiàn)了開(kāi)發(fā)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)價(jià)值與意義，既可促進(jìn)民間手工藝的創(chuàng)新發(fā)展，又對(duì)技藝文化的保護(hù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義， 改善了儺文化技藝斷層的現(xiàn)狀。

參考文獻(xiàn)

[1] 王蘭英.國(guó)家非物質(zhì)文化遺產(chǎn)德江儺堂戲面具的造型藝術(shù)探析[D].貴陽(yáng)學(xué)院，2012.

[2] 趙麒凱.基于三維激光掃描技術(shù)的民居建筑保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].信息與信息化，2018，222（9）：24-26.

[3] 劉姣.德江縣儺戲面具的數(shù)字化保護(hù)[D].北方民族大學(xué)，2018.

[4] 卜衛(wèi)民.3D打印技術(shù)在古代早期陶器復(fù)制中的應(yīng)用[J].工業(yè)設(shè)計(jì)，2018（5）：130-132.